高壓水霧滅火集成系統(tǒng)在某鉆采船上的應用

摘" " 要：按法規(guī)，船舶A類機器處和住艙均可采用固定式水霧滅火型式，但現(xiàn)有船舶多為分散各自單獨設(shè)置系統(tǒng)，造成配套設(shè)備數(shù)量多，管理復雜，維護工作量大，成本高等問題。本文簡要介紹某鉆采船的高壓水霧滅火集成系統(tǒng)，其可對多個區(qū)域予以保護，簡化了全船固定式消防系統(tǒng)配置，環(huán)保性好，可在船舶領(lǐng)域推廣應用。

關(guān)鍵詞：高壓水霧滅火系統(tǒng)；集成；控制原理；消防

中圖分類號：U664.88 " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

Application of High Pressure Water Mist Fire Extinguishing Integrated System on Drilling and Production Ships

WU Jianghai

（ Guangzhou Marine Geological Survey Bureau，" Guangzhou 510075，" China ）

Abstract： According to the regulations， the fixed water mist fire extinguishing type can be used in the class A machine room and the cabin of the ship， but most of the existing ships are scattered to set up their own separate systems， resulting in many problems such as multi-equipment configuration， complex management， heavy maintenance workload and high cost. This paper briefly introduces the high-pressure water mist fire extinguishing integrated system of a drilling amp; production ship， which can provide protection for multiple areas and simplify the configuration of fixed fire protection system for the entire ship with good environment， in order to promote its application in the field of ships.

Key words： high-pressure water mist fire extinguishing system;" integration; control principle;" fire fighting

1" " "引言

大洋深水鉆采船舶作為一個特殊作業(yè)船舶，相較于普通的鉆井平臺具有機動性好、遠航能力強等優(yōu)點。但鉆采船空間有限，設(shè)備艙室、人員居住處所、實驗室、公共處所繁多。在選擇固定式滅火系統(tǒng)時，需要滿足SOLAS公約或相關(guān)法規(guī)要求，同時與實際條件相匹配。據(jù)分析對比，如船舶A類機器處、住艙等處所集成采用固定式水霧滅火系統(tǒng)，可以節(jié)省材料，簡化系統(tǒng)布置，降低后期維護成本[1]，且水霧釋放對大氣環(huán)境不會造成污染。

某鉆采船總噸位33 000 t，船長180 m，使用全回轉(zhuǎn)電力驅(qū)動，設(shè)有DP3動力定位，配員180人。該船配置一套高壓水霧滅火集成系統(tǒng)，供全船人員居住處所、公共場所、A類機器處所及其他機器處所滅火。下面簡要介紹其系統(tǒng)組成，工作原理和各區(qū)域系統(tǒng)設(shè)計布置與控制原理及其優(yōu)化設(shè)計。

2" " "系統(tǒng)組成

高壓水霧系統(tǒng)主要由水源、高壓泵組單元、儲能單元、區(qū)域釋放閥、噴嘴、控制系統(tǒng)與聲光報警系統(tǒng)組成。

1）水源。由船上淡水艙供應，為提高系統(tǒng)可靠性，增設(shè)與消防水管接口作為其備用水源。

2）高壓泵組單元。由9臺主高壓泵組成，其中1臺為備用高壓泵，以適應從一個分區(qū)著火至多分區(qū)同時著火的多種狀況需要。任何1臺主高壓泵故障時，將自動切換備用泵運行。在平常狀態(tài)時，其中1臺主高壓泵負責保壓，使得系統(tǒng)濕式管路保持壓力在25bar。如某處所發(fā)生火災，系統(tǒng)被激活時，高壓泵組進入運行模式，各主高壓泵按設(shè)定順序相繼自動啟動運行，系統(tǒng)被加壓到工作壓力85 bar。高壓泵組單元可以自動切換主電源或應急電源供電，并設(shè)置應急使用的手動啟動。

3）儲能單元。系統(tǒng)配有由水罐和氮氣瓶組成的蓄能單元。如高壓泵組單元電源故障而管路系統(tǒng)失壓時，水罐和氮氣瓶將自動打開，氮氣釋放至水罐，推動水罐中的淡水進入管路系統(tǒng)，使其保證有正常噴水壓力。根據(jù)FSS規(guī)則要求，水罐容積不小于最大被保護分區(qū)面積280 m2處所1分鐘水霧的水量。

4）區(qū)域釋放閥。根據(jù)FSS規(guī)則要求與本船艙室結(jié)構(gòu)分隔布置情況，將壓力水霧保護處所分為若干個區(qū)域，分別由相應區(qū)域釋放閥控制。如圖3所示。

5）噴頭。經(jīng)特殊設(shè)計的噴嘴使得加壓后的水快速噴出，在空氣中形成細小的水霧。其分為閉式與開式噴頭，如圖1與圖2所示。閉式噴頭主要用于人員居住處所，公共處所及精密電氣設(shè)備間。開式噴頭主要用于機器設(shè)備處所。

6）報警與控制系統(tǒng)。當某一處所發(fā)生火災時，設(shè)置在相關(guān)處所的探頭與報警器發(fā)出聲光警報信號至控制單元，控制單元將發(fā)送指令，通過控制系統(tǒng)激活高壓水霧管路系統(tǒng)，實現(xiàn)自動或遙控噴水滅火功能。本船在集控室、駕駛臺、高壓水霧泵站及備用DP控制間均設(shè)有遙控操作的控制站。

3" " "高壓水霧滅火系統(tǒng)原理

高壓水霧系統(tǒng)的水經(jīng)高壓泵組加壓后，由各區(qū)域釋放閥按需進行釋放控制噴霧滅火。其滅火原理是水霧對保護區(qū)域進行吸熱降溫冷卻、窒息隔熱而實現(xiàn)滅火。高壓水霧具有如下3個特點[2]：

1）高效吸熱冷卻。實驗數(shù)據(jù)表明，100 ℃水的蒸發(fā)潛熱高達2 257 kJ/kg，1 kg的水在霧化后吸熱功率約300kW，效率高；

2）窒息隔熱。細水霧在汽化膨脹過程中，水蒸汽在燃燒火焰的周圍形成屏障，阻止新鮮空氣進入燃燒區(qū)域，使燃燒區(qū)域氧氣濃度急速降低，從而抑制或中斷燃燒；

3）適用電氣設(shè)備滅火。高壓水霧顆粒直徑通常為10μm～1 000μm，難以形成具備導電能力的連續(xù)水流或表面水域，從而滅火時可避免引起電氣短路危險。例如，HI-FOG公司設(shè)備資料表述，高壓水霧系統(tǒng)適用于保護等級為IP23的電氣設(shè)備，不會對保護區(qū)域的電氣設(shè)備造成不可接受的危害。

根據(jù)SOLAS公約和IMO MSC通函相關(guān)要求，結(jié)合本船艙室結(jié)構(gòu)分隔、艙室布置、艙室內(nèi)設(shè)備特性及用途進行分區(qū)如圖3所示。如某分區(qū)發(fā)生火災，報警系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，同時發(fā)送信號到控制單元，自動或遙控或就地手動打開對應區(qū)域釋放閥，系統(tǒng)將被激活進入運行模式，淡水通過補水泵進入高壓泵站，經(jīng)過高壓泵加壓后淡水從噴頭噴出細水霧對相關(guān)區(qū)域進行滅火。

4" " "區(qū)域設(shè)計布置與控制

基于SOLAS公約的相關(guān)要求，結(jié)合艙室布置與結(jié)構(gòu)分隔情況，考慮簡化系統(tǒng)布置，適應不同處所功能、艙室內(nèi)設(shè)備性能特點，以及船員在緊急情況下能方便使用等因素，本船高壓水霧系統(tǒng)設(shè)計布置與控制方式，劃分為五類。

1）全淹沒式水霧區(qū)域與控制

本船A類機器處所及其他機器處所采用全淹沒式水霧滅火方式，如主機艙、推進設(shè)備艙、配電板間、泵艙等輔助設(shè)備處所。該類區(qū)域處所的高壓水霧系統(tǒng)使用干式管路，配開式噴頭。而在區(qū)域釋放閥前為濕式管路，閥后到噴頭之間為干式管路，管路布置節(jié)點見圖4。每個保護區(qū)域由其對應的釋放閥控制，釋放閥組配有電磁閥和手動釋放閥。在備用模式下，區(qū)域釋放閥處于關(guān)閉狀態(tài)，釋放閥到噴頭之間的管路無水，而釋放閥之前的管路需保壓25 bar。如某處所發(fā)生火災，報警系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，船員確認火災后，通過遙控或就地手動進行釋放水霧滅火。

2）自動水霧區(qū)域與控制原理

本船的人員居住處所及餐廳、會議室、梯道等公共區(qū)域使用自動水霧滅火方式。住艙區(qū)采用濕式管路型式，配置光敏燈泡閉式噴頭。正常情況下管路維持壓力25 bar。如某一處所發(fā)生火災，相應噴頭上的熱敏燈泡破裂，細水霧從噴頭噴出，區(qū)域釋放閥檢測到流量并向控制單元發(fā)送信號。當水壓低于17 bar超過10s或保壓泵運行超過10 s，仍無法維持系統(tǒng)設(shè)定壓力時，高壓泵組其他泵將自動啟動運行?？刂茊卧邮盏絹碜詤^(qū)域釋放閥和泵組單元的信號，警報系統(tǒng)將同時啟動，在火災區(qū)域連續(xù)噴出水霧進行滅火。

3）預釋放水霧區(qū)域與控制

本船在精密電氣設(shè)備間、巖芯庫、數(shù)據(jù)中心、部分實驗室及集中控制站，如駕駛臺、備用DP控制間、工程指揮中心等區(qū)域使用預釋放水霧系統(tǒng)，如圖5所示。該區(qū)域使用干式管路、預釋放閥、閉式噴頭設(shè)計。平常狀態(tài)下，預釋放閥關(guān)閉，處所內(nèi)管路沒有水，預釋放閥前管路為25 bar維持壓力。當區(qū)域發(fā)生火災時，首先艙室內(nèi)溫度上升，直到噴頭燈泡熔破裂，同時火災探測器向控制單元發(fā)出打開對應區(qū)域預釋放閥的信號，系統(tǒng)被激活并發(fā)出警報，高壓泵組自動啟動，系統(tǒng)增壓噴出水霧。預釋放水霧系統(tǒng)，只有噴頭燈泡破裂和預釋放閥打開兩個條件都具備時，才可激活系統(tǒng)啟動高壓泵組進入工作模式。

4）局部水霧區(qū)域與控制原理

根據(jù)SOLAS公約的要求，對A類機器處所，當容積超過500 m3時，內(nèi)燃機高壓油管、鍋爐正面、焚燒爐和加熱燃油的凈化器等有易失火危險的部位，應設(shè)有符合MSC/Circ.1387要求的局部固定滅火系統(tǒng)。本船在柴油機組、分油機及焚燒爐頂部設(shè)置了局部水霧系統(tǒng)，采用干式管路、釋放閥、開式噴頭設(shè)置。區(qū)域內(nèi)裝有感煙探頭及火焰探頭。當兩種不同類型的探頭同時觸發(fā)時，將自動激活系統(tǒng)起動高壓泵組噴出水霧進行滅火。

5）特殊區(qū)域水霧與控制

對于保護處所環(huán)境特殊的區(qū)域，需使用特殊的布置與控制方式，如廚房煙道與冷藏庫的水霧系統(tǒng)。

廚房煙道具有油污煙霧多的特殊性，該區(qū)域采用開式噴頭、手動釋放型式，配備一個帶微量開關(guān)的常閉手動操作釋放閥。為了保證滅火效果，減少油泥污垢堵塞噴頭風險，煙道內(nèi)噴頭宜布置在排煙管的頂部或側(cè)面，并避開轉(zhuǎn)彎的位置，系統(tǒng)布置節(jié)點見圖6所示。當煙道發(fā)生火災時，操作人員可在廚房門口附近，打開手動釋放閥激活系統(tǒng)，釋放高壓水霧進行滅火。

冷庫區(qū)域采用濕式管路，閉式噴頭型式。為防管內(nèi)凍冰，從冷庫內(nèi)噴頭到釋放閥之間的管路在系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，通過球閥加注防凍液。進冷庫管路上通過一個止回閥與主管路隔離，節(jié)點布置見圖7。當系統(tǒng)被釋放時，防凍液最先噴出，接著噴出水霧進行滅火。其采用濕式管路型式而不采用干式管路設(shè)計的原因是：干式管路內(nèi)部會有凝結(jié)水而產(chǎn)生結(jié)冰層堵塞管路。

5" " 主要參數(shù)確定

高壓水霧系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計主要包括泵組單元的排量及淡水艙的容量。

5.1" 流量計算[3]

本系統(tǒng)設(shè)有9臺高壓泵，其中1臺為備用泵。單臺排量為144 L/min，泵組總排量為：Q=8×144L/min=1152 L/min。

根據(jù)實船分區(qū)布置，上建精密電氣設(shè)備處所最大區(qū)域280 m2的S7區(qū)域，所需流量為286.2 L/min。上建公共區(qū)域與儲存區(qū)域最大區(qū)域280 m2的S6區(qū)域，所需流量為621.4 L/min。機械設(shè)備艙室最大區(qū)域所需的水量為1 152 L/min。

5.2" "淡水艙的容量

根據(jù)規(guī)范與技術(shù)規(guī)格書要求，系統(tǒng)應具備首部上建及尾部機械艙室同時滅火30分鐘的能力。根據(jù)計算可知：

1）首部上建公共區(qū)域280 m2的S6區(qū)域需要水量最大，所需流量為621.4 L/min；

2）尾部區(qū)域最大的是中機艙，所需水量1152L/min。

計算所需的淡水艙容量不小于：（621.4+1152）×30 / 1 000 = 53 m2。

6" " "優(yōu)化設(shè)計

本船空間有限，機器處所與艙室多，設(shè)備種類多，艏部主甲板及以下為可伸縮推進器與其他輔助設(shè)備艙室，上建為人員居住處所，中部為月池與鉆井設(shè)備處所，尾部為主機艙及其他設(shè)備艙室。全船水霧系統(tǒng)共劃分有81個分區(qū)域，主要優(yōu)化設(shè)計有：

1）水霧管路優(yōu)化布置。根據(jù)艙室分布情況，水霧管路使用首尾兩路總管分開方式，即從高壓泵站出口分首尾兩路進行布置，相關(guān)分區(qū)域通過支路及區(qū)域閥進行控制。對比環(huán)形布置減少管路長度，簡化施工難度，節(jié)省材料；

2）控制方式優(yōu)化。左、中、右機艙三個分區(qū)域，包含四層水平分區(qū)甲板艙室，保護面積大。需對處所內(nèi)分油機、主發(fā)電機組頂部布置局部水霧滅火，且機艙區(qū)域具備全淹沒水霧功能。為防止只有一個局部區(qū)域發(fā)生火情而發(fā)生機艙全淹沒問題，并考慮到機艙全沒水霧系統(tǒng)操縱方便，將輔設(shè)備艙、主發(fā)機艙地臺板下、機艙與煙囪通道及煙囪再分成3個全淹沒水霧系統(tǒng)分區(qū)，且其與分油機、2臺柴油機組的局部水霧合并到一個總釋放控制箱。既實現(xiàn)小范圍火災局部滅火，又可以對整個機艙采用一鍵釋放全淹沒滅火;

3）合理利用水艙。水霧系統(tǒng)淡水與日用淡水共用一個淡水艙，設(shè)計時把日用淡水泵在艙內(nèi)吸口提高，保證其始終有足夠的水霧滅火所需水量，無需再設(shè)置保護水位報警系統(tǒng)，簡化布置，提高可靠性；

4）區(qū)域釋放閥位置優(yōu)化。分區(qū)控制閥集中布置，優(yōu)化集中布置區(qū)域的消防保護及釋放閥電纜的鋪設(shè)路徑，避免被火災切斷，且應操作方便。

7" " "結(jié)語

本文簡要介紹了某鉆采船采用一套高壓水霧滅火集成系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的機艙、廚房、住艙、機艙設(shè)備局部滅火等各區(qū)域固定式滅火分系統(tǒng)，簡化固定式滅火系統(tǒng)配置。實船應用表明，該配置滿足相關(guān)規(guī)則要求，有效實現(xiàn)船舶消防保護，方便船員管理、維護，環(huán)保性好，可推廣應用。

參考文獻

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